2022-2023学年高二物理竞赛课件：集成电路运算放大器

集成电路运算放大器 1．集成电路运算放大器的组成 集成电路运算放大器是一种高电压增益、高输入电阻和低输出电阻的多级直接耦合放大电路，它的类型很多，电路也不一样，但结构具有共同之处，一般由四部分组成。 集成电路运算放大器 集成电路内部结构的特点： 1. 电路元件制作在一个芯片上，元件参数偏差方向一致，温度均一性好。 2. 电阻元件由硅半导体构成，范围在几十到20千欧，精度低。高阻值电阻用三极管有源元件代替或外接。 3. 几十 pF 以下的小电容用PN结的结电容构成、大电容要外接。 4. 二极管一般用三极管的发射结构成。 5. 集成制造工艺器件性能差异较大，常采用复合形式。 1. 输入级要使用高性能的差分放大电路，主要是为了抑制零点漂移。 2. 电压放大级的主要作用是提高电压增益，它可由一级或多级放大电路组成 3. 输出级一般由电压跟随器或互补电压跟随器所组成，以降低输出电阻，提高带负载能力. 4. 偏置电路是为各级提供合适的工作电流 此外还有一些辅助环节，如电平移动电路、过载保护电路以及高频补偿环节等。 2．简单的运算放大器 T1,T2对管组成差分式放大电路，信号双端输入、单端输出。 复合管T3,T4组成共射极电路，形成电压放大级，以提高整个电路的电压增益。 T5,T6组成两级电压跟随器，构成电路的输出级，它不仅可以提高带负载的能力,而且可进一步使直流电位下降，以达到输入信号电压vid=vi1-vi2为零时，输出电压vO=0的目的。 R7和D组成低电压稳压电路以供给的基准电压，它与T9一起构成电流源电路以提高T5的电压跟随能力. 运算放大器外形图 编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 6 BJT、FET工作在放大状态时，其输出电流都是具有恒流特性的受控电流源；由它们都可构成电流源电路。 电流源电路的特点 输出电流恒定的电路,具有很高的输出电阻。 2、作各种放大器的有源负载，以提高增益、 增大动态范围。 1、给直接耦合放大器的各级电路提供直流偏置电流，以获 得极其稳定的Q点。 3、由电流源给电容充电，可获得随时间线性增长的电压输出。 4、电流源还可单独制成稳流电源使用。 电流源电路的用途 6.1 模拟集成电路中的直流偏置技术 7 1.镜象电流源 当R和VCC确定后，基准电流IREF也就确定了，IC2也随之而定。由于Ic2≈IREF, 我们把IREF看作是IC2的镜象，所以 这种电流源称为镜象电流源。 6.1.1 BJT电流源电路 基准电流： 无论Rc的值如何， IC2的电流值将保持不变。 因为： 所以： 8 6.1.1 BJT电流源电路 1. 镜像电流源 动态电阻 一般ro在几百千欧以上 代表符号 6.1.1 BJT电流源电路 2. 微电流源 由于 很小， 所以IC2也很小。 ro≈rce2（1＋ ） （参考射极偏置共射放大电路的输出电阻 ） 3. 多路电流源 通过一个基准电流源稳定多个三极管的工作点电流，即可构成多路电流源。图中一个基准电流IREF可获得多个恒定电流IC2、IC3。 6.1.2 FET电流源 1. MOSFET镜像电流源 当器件具有不同的宽长比时 （=0） ro= rds2 MOSFET基本镜像电路流 $